茶皂素控害及其增效作用研究進展

宋應(yīng)芳，洪黃熙，李卓麗，程志勇，張李香

（黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080）

0 引言

茶皂素(tea saponin)，又稱茶皂甙，是一類齊墩果烷型五環(huán)三萜類的皂苷的混合物，屬于β-香樹素(βamyrin)的衍生物[1]，由配基、糖體（親水性）及有機酸（疏水性）組成，因其含有親水基和疏水基，故茶皂素是一種性能良好的表面活性劑。臨界膠束濃度(critical micelle concentration，CMC)、發(fā)泡能力、發(fā)泡穩(wěn)定性和乳化性是茶皂素作為表面活性劑最重要的理化性質(zhì)[2]。茶皂素具有皂素的溶血、魚毒、抗菌、殺蟲等生物活性，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于農(nóng)藥、日化用品、醫(yī)藥、水產(chǎn)、建材等領(lǐng)域[3]。本研究對茶皂素在控制有害生物研究方面進行綜述。

1 茶皂素直接作為生物農(nóng)藥應(yīng)用

1979年，茶皂素工業(yè)產(chǎn)品在中國首次問世，經(jīng)過多年的研究發(fā)展，應(yīng)用十分廣泛，特別是在農(nóng)藥領(lǐng)域已形成相當成熟的規(guī)模體系。

1.1 殺蟲殺螨劑

早有民間記載，茶籽餅的主要成分茶皂素，可防治稻飛虱、螞蟥、螟蛾等，其10倍水浸液溶液還可防治小麥葉銹病和條銹病[4]。茶皂素對害蟲的作用方式體現(xiàn)在觸殺、胃毒、拒食和忌避。茶皂素對茶尺蠖(Ectropis oblique)、小菜蛾 (Plutella xylostella)、菜青蟲 (Pieris rapae)、小地老虎(Agrotis ipsilon)等害蟲均具有良好的防效。30%茶皂素水溶液對茶尺蠖防治效果明顯，對3齡幼蟲有一定的毒殺作用，幼蟲取食浸過藥液的葉片后，活動量減弱，隨后萎縮死亡；當處理96 h后，校正死亡率最高可達74.08%[5]。4000 mg/L的茶皂素對小菜蛾3齡幼蟲的驅(qū)避作用較明顯，驅(qū)避率為48.57%；用LC20和LC50劑量處理小菜蛾幼蟲后，其生長速率減緩，蛹重量降低，化蛹率降低，成蟲羽化率降低，產(chǎn)卵率降低，但幼蟲和蛹期延長[6]。田間試驗表明，30%茶皂素AS 3343.3 mL/hm2用藥10天后對甘藍菜青蟲的毒殺效果達89.86%[7]。25%茶皂素7496.3 g/hm2對防治煙田小地老虎效果較好，用藥3～10天后，其校正死亡率均在80%以上，且處理10天后沒有出現(xiàn)染病植株[8]。茶皂素不僅對鱗翅目害蟲有良好的毒殺作用，對鞘翅目、半翅目及直翅目害蟲也表現(xiàn)出較強的防治效果。潘如軍[9]研究表明，茶皂素對甘薯小象甲存在忌避拒食作用，處理1 h時，1 mg/mL及以下濃度的茶皂素忌避取食率均在30%以下，處理6 h后忌避取食率提高，最高為77.77%；20%茶皂素的忌避取食率最佳，當處理1 h時為86.67%，而處理6 h時忌避取食率達到了97.65%，說明處理時間較長且濃度較高的茶皂素對甘薯小象甲有顯著的忌避和拒食作用。童軍等[10]也通過試驗證明，30%茶皂素水溶液對茶小綠葉蟬防治效果較好，噴藥處理14天后，防治率達到81.31%，且防治期長，對天敵安全，是防治效果良好的綠色殺蟲劑，適宜大面積推廣。吳建國等[11]利用30%茶皂素防治草原蝗蟲，研究結(jié)果表明，用量為1199.4 mL/hm2時防控效果最佳，對于草原防控蝗蟲有借鑒意義。

早在20世紀90年代，中國研究人員就進行了茶皂素對螨類的防治效果試驗，發(fā)現(xiàn)茶皂素對桔全爪螨的卵無效果[12]，對柑桔全爪螨有防治效果，死亡率為46.81%，但效果不明顯，且持續(xù)時間較短[13]。

茶皂素對鱗翅目、鞘翅目、直翅目和同翅目等害蟲也存在較佳的防治效果，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的無公害綠色可持續(xù)發(fā)展提供了保障；目前茶皂素雖在螨類防治中也有涉及，但是防治效果不佳，需進一步研究。

1.2 殺菌劑

研究表明茶皂素對農(nóng)作物及經(jīng)濟作物的多種植物病原菌具有良好的抑制作用[14]。當茶皂素濃度為1 mg/mL時，對稻瘟病菌表現(xiàn)出100%抑制效果，對番茄小核病菌和黃瓜炭疽病菌的抑菌率均在85%以上；當茶皂素濃度為0.1 mg/mL時，對稻瘟病菌的抑制率仍然保持不變，可見茶皂素對稻瘟病菌的抑菌效果穩(wěn)定且高效，對實際生產(chǎn)防治有重大意義[15]。Nagaat等[16]的研究表明，山茶葉中含有的抗菌皂甙CamellidinsⅠⅡ，可使水稻胡麻斑病菌和蘋果輪斑病菌的孢子發(fā)芽異常。此外，茶皂素對枯萎病原菌有選擇抑制性，對黃瓜、香蕉及番茄有明顯的抑制作用，三者的抑制圈均為10 mm；對甜瓜、西瓜抑制性較弱，其抑制圈均低于4 mm[17]。除此之外，茶皂素對茶園病害也表現(xiàn)出良好的效果，當茶皂素濃度為100 mg/mL時，對茶輪斑病菌和茶白星病菌的防治效果分別為74.58%和88.06%[18]。茶皂素對于人體皮膚病菌也具有很強的抑制效果。研究發(fā)現(xiàn)，從油茶籽中分離提取的油茶皂甙與茶皂素結(jié)構(gòu)類似，對于白色念珠菌、石膏樣癬菌、斷發(fā)癬菌、黃色癬菌、紫色癬菌及絮狀表皮癬菌有較強的抑菌作用，其中對白色念珠菌抑菌作用最強[19]。茶皂素對于大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抑菌效果較強，MIC值分別為1 mg/mL和0.5 mg/mL，能改變其細胞膜透性，破壞細胞膜結(jié)構(gòu)，抑制細菌生長[20]。也有研究證實茶皂素也可防治某些皮膚病，起到抗菌作用，對于臨床試用皮膚病有借鑒意義[21]。

1.3 滅螺劑

近年來對于茶皂素防治螺類生物也有報道。相關(guān)試驗表明，采用濃度為25 mg/L的茶皂素溶液處理1～3天，釘螺的校正死亡率在90%以上，可見茶皂素滅殺釘螺效果顯著，對水產(chǎn)防治釘螺有借鑒意義[22]。茶皂素對稻田福壽螺也表現(xiàn)出良好的防治效果。室內(nèi)試驗中，當茶皂素濃度為50 mg/L時，在處理48 h后防治效果達到了100%；在大田試驗中，當茶皂素濃度為6 g/m2，處理至第4天時，其防治效果也達到了100%，說明可將茶皂素代替化學(xué)殺螺劑使用，效果極強[23]。葉雄方[24]利用茶皂素防治鐵皮石斛蝸牛，研究發(fā)現(xiàn)，茶皂素稀釋50倍液對鐵皮石斛蝸牛防治效果最佳，3天后防治效果可達94.51%。張楚霜等[25]用茶皂素對釘螺的不同發(fā)育歷期進行滅殺，試驗結(jié)果表明，茶皂素Ⅰ2.5 mg/L對于螺卵、幼螺及成螺均有較強的浸殺效果，可達100%。

1.4 殺線劑

茶皂素中有較強的殺線活性，可以抑制植物寄生線蟲，效果顯著。吳慧平等[26]測定了茶皂素對南方根結(jié)線蟲(Meloidogyne incognita)的活性，結(jié)果表明，線蟲在處理16 h后開始出現(xiàn)死亡，處理76 h后線蟲的死亡率達75.0%，滅殺效果明顯。王娜等[27]的研究表明，隨著茶皂素濃度的升高，黃瓜根結(jié)線蟲的死亡率提高，其中在茶皂素濃度為15%且處理24 h后，死亡率達到100%；另外，茶皂素在抑制線蟲的同時對黃瓜本身不會產(chǎn)生毒害作用，反而會促進其植株及根莖的生長。栗少卿[28]的盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，茶皂素復(fù)配劑與顆粒劑對黃瓜、番茄、空心菜根結(jié)線蟲均有較好的防治效果，其中茶皂素復(fù)配劑WV5高劑量對番茄接爪哇根結(jié)線蟲(Meloidogyne javanica)處理效果最佳，其根結(jié)降低率最高可達77.78%，高于5%茶皂素顆粒劑處理結(jié)果。王龍平[29]為測定茶皂素殺線活性差異，對南方根結(jié)線蟲(Meloidogyne incognita)和小麥孢囊線蟲(Heterodera avenae)進行活性測定，其中，精制茶皂素濃度為10mg/mL且處理48 h后，根結(jié)線蟲的校正死亡率為59.32%，殺線效果較明顯；茶皂素制劑對防治孢囊線蟲卵密度增殖抑制率為41.4%。甄浩洋[30]研究發(fā)現(xiàn)10%茶皂素49.5 kg/hm2對大豆孢囊線蟲防治效果為75.2%，且對大豆的生長有一定的促進作用。

植物寄生線蟲通過危害植物的根、莖、葉等部位，進而造成植物的生理病變。茶皂素作為植物源制劑，相較于化學(xué)殺線劑的高毒、高殘留，更加綠色環(huán)保、低殘留，對多種植物寄生線蟲有顯著的殺線作用，是目前頗具潛力的殺線劑。

1.5 殺其他有害生物

茶皂素對多種水生生物均有一定的毒殺效果。韓金多等[31]通過急性毒性法研究發(fā)現(xiàn)，茶皂素濃度為4～12 mg/L且處理泥鰍24 h后，泥鰍的死亡率可達100%，由此可見茶皂素可在較短時間內(nèi)達到較強的毒性，毒殺效果極為顯著。此外，茶皂素對黃鱔有較強的忌避作用，當茶皂素濃度為60 mg/mL時，處理黃鱔72 h后，其死亡率達到100%；并且茶皂素會減少黃鱔的血紅蛋白含量及紅細胞數(shù)量[32]。麻程軍等[33]測定了茶皂素對斑馬魚、羊角月牙藻和大型溞的毒性，斑馬魚表現(xiàn)為中等毒性；對羊角月牙藻和大型溞均為低毒，說明茶皂素可以影響魚類的活動，產(chǎn)生魚毒效果，而對后兩者為微毒藥物。茶皂素也具有殺除玻璃海鞘的潛力，當茶皂素濃度為30 mg/L及以上時，殺除率接近100%；同時茶皂素對于玻璃海鞘的宿主刺參基本上無毒害作用，在濃度為50～60 mg/L的藥液中，刺參會出現(xiàn)輕度化皮現(xiàn)象，但進入正常生存環(huán)境便可恢復(fù)，符合茶皂素綠色生物農(nóng)藥的特點[34]。

2 茶皂素的增效作用

2.1 茶皂素作為增效劑

茶皂素作為天然表面活性劑，有良好的生物活性，將其與農(nóng)藥混配，可明顯增加農(nóng)藥的毒殺效果，改善藥液的理化性質(zhì)，減少農(nóng)藥的使用量，也可有效對抗有害生物的抗性問題。

由表1可知，在不同種類的殺蟲、殺螨劑中加入茶皂素，可增強其藥效，形成增效作用。茶皂素不僅對可濕性粉劑、乳油型藥劑有增效作用，而且對植物源藥劑也具有同樣的效果。茶皂素與殺蟲單、聯(lián)苯菊酯、雷公藤乳油及噠螨靈以不同比例混配均為顯著增效；與馬拉磷硫和魚藤酮為增效；茶皂素在提高原藥藥效、起到防治的效果的同時，還可以減少其藥量使用，符合綠色農(nóng)藥的特點，值得推廣。

表1 茶皂素與不同藥劑混配殺蟲殺螨的增效作用

表2表明，茶皂素對噻菌靈、代森錳鋅和多菌靈都表現(xiàn)為顯著增效作用，對三環(huán)唑、苯霜靈、山蒼籽油及代森錳鋅為增效效果，由于防治對象的不同，代森錳鋅與茶皂素混配表現(xiàn)出來的增效效果也有所不同。茶皂素主要是與殺菌劑混配，從而加強抑制菌絲生長和孢子萌發(fā)，達到防治效果。由此可知，茶皂素對農(nóng)作物與經(jīng)濟作物的各類有害菌類具有良好的防治潛力，且對作物本身的生長也不會產(chǎn)生毒害作用，是環(huán)境友好型的植物源藥劑。

表2 茶皂素與不同藥劑混配殺菌的增效作用

2.2 增效機制

2.2.1 茶皂素對殺蟲劑的增效機制 茶皂素不同于一般的化學(xué)藥劑，可利用本身的活性物質(zhì)對有害生物進行觸殺和胃毒作用。作為一種非離子表面活性劑，在農(nóng)藥藥液中加入茶皂素能夠明顯改變藥液的理化性質(zhì)，提高農(nóng)藥的乳化、濕潤、懸浮和分散效果，從而降低藥液表面張力和接觸角，更有利于藥膜的形成，使有效附著量增加，達到更好的防治效果[45]。王小藝等[46-48]通過在草甘膦、殺蟲雙、樂果等藥劑中加入不同濃度的茶皂素，即表面活性劑，發(fā)現(xiàn)明顯地降低了藥液的表面張力、藥液在靶標體表的接觸角及增加了藥劑在靶體上的有效沉積量。說明茶皂素（表面活性劑）的加入有助于藥液的潤濕沉積，提高藥液在靶標上的有效附著量。以此來增強藥液在靶標生物及植物體表的附著力、潤濕力及有效沉積量，從而將農(nóng)藥的有效成分滲透、傳遞，發(fā)揮防治效果，延長藥效期（圖1[49]）。

王小藝[50]研究發(fā)現(xiàn)茶皂素會加速氰戊菊酯穿透菜青蟲體壁，進而影響菜青蟲的消化系統(tǒng)，血淋巴和中腸蛋白質(zhì)會減少，抑制腸液蛋白酶的活性。此外，茶皂素可引起中腸上皮細胞的生理和形態(tài)學(xué)損傷。茶皂素被蟲體吸收后，細胞會出現(xiàn)空泡化和囊泡釋放，并且會消耗一定量的酯酶用于解毒；而過量的茶皂素毒性會導(dǎo)致中腸的微絨毛變小并導(dǎo)致細胞死亡[51]。茶皂素作用于昆蟲體表時，會破壞昆蟲的體壁，如圖2[52]所示，茶皂素作用于茶尺蠖幼蟲時，其體壁表面的蠟質(zhì)層會出現(xiàn)大面積消融，導(dǎo)致幼蟲體內(nèi)的水分平衡失調(diào)，茶皂素滲透入茶尺蠖體內(nèi)發(fā)生作用，導(dǎo)致蟲體死亡[52]。

圖1 表面活性劑對藥液在植物葉片吸附機理示意圖

圖2 經(jīng)茶皂素處理過的茶尺蠖幼蟲蠟層表面

2.2.2 茶皂素對殺菌劑的增效機制 研究發(fā)現(xiàn)茶皂素能夠改善殺菌劑的理化性質(zhì)，抑制菌絲的生長，抑制孢子的萌發(fā)，改變靶標病原菌體內(nèi)生物酶的活性，抑制菌體蛋白質(zhì)的合成，增強靶標病原菌對殺菌劑的敏感性[40]。另外，唐紅楓等[53]認為油茶皂甙對食品腐敗菌的致死作用可能與其表面活性作用有關(guān)，油茶皂甙會破壞病原菌的細胞膜或影響生物酶活性，從而影響細菌的正常能量代謝。也有研究發(fā)現(xiàn)，茶皂素可以改變茶樹輪斑菌體的細胞膜通透性，抑制菌絲生長和孢子萌發(fā)，增強菌體的堿性蛋白酶的活性，加速蛋白質(zhì)分解；茶皂素處理后，菌體內(nèi)還原性糖和幾丁質(zhì)會減少，影響菌體的正常代謝，破壞菌體的細胞壁，達到抑菌效果[42]。因此，茶皂素具有抑菌活性，可改變細菌細胞膜結(jié)構(gòu)（圖3[20]），從而抑制細胞生長[20]；另外，還能加強藥劑對病原菌的抑菌效果，通過破壞菌體內(nèi)酶的活性，進而影響菌體的新陳代謝，導(dǎo)致菌體菌絲和孢子不能正常生長、發(fā)育。

圖3 茶皂素處理細胞膜前后的掃描電鏡形態(tài)結(jié)構(gòu)

3 展望

茶樹是中國重要的經(jīng)濟作物之一，產(chǎn)量高，栽培面積大，其中山茶屬植物是茶皂素的主要來源，所以中國擁有豐富的茶皂素原料來源，為茶皂素的利用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。茶皂素不僅是良好的殺蟲殺螨劑、殺菌劑、殺螺劑及殺線劑，還可作為增效劑，其增效機制主要是通過降低原藥與靶標生物的張力和接觸角，提高有效沉積量，達到殺蟲目的；對于有害菌類則是加速破壞菌種的細胞膜結(jié)構(gòu)，抑制其生長、發(fā)育。另外，茶皂素對于其他生物也有很好的毒殺作用，在作用過程中也不會產(chǎn)生毒害作用，對人畜及環(huán)境健康，具有安全、高效的特點，能有效延緩有害生物的抗性問題，對于農(nóng)業(yè)增收有促進作用，在生物農(nóng)藥方面具有巨大的潛力，因此中國茶皂素的開發(fā)具有廣闊的前景。然而，目前茶皂素的殺蟲作用所針對的有害生物比較有限，需拓展殺蟲的范圍；殺菌作用多局限于植物病害與人類皮膚病，對于禽畜養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)涉及甚少。此外，茶皂素在目前的研究應(yīng)用中還存在著一些問題，如對茶皂素的增效作用、活性機理等基礎(chǔ)理論缺乏細致研究，應(yīng)用領(lǐng)域尚需擴展等。在這些方面進一步深入研究，才能為茶皂素的綜合利用提供更多的理論依據(jù)，推動茶皂素功能開發(fā)應(yīng)用的新局面。